Ruimteverwarming EPU: van netto energiebehoefte naar primair verbruik

Transcriptie

1 Module 4.3 Ruimteverwarming EPU: van netto energiebehoefte naar primair verbruik versie 2.0

2 Vergelijking EPW - EPU EPW EPU opwekkingsrendement systeemrendement afgifte & verdeling & opslag: apart globaal identiek 2

3 Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor) 3

4 Hoofdstukkenoverzicht EPU 5.4 Transmissieverliezen 5.5 Ventilatie verliezen 5.6 Interne winsten 5.7 Zonnewinsten 5.2 Netto behoefte voor ruimteverwarming Systeemrendement Bruto behoefte voor ruimteverwarming Thermische zonneenergie Opwekkingsrendement (incl. WKK) Eindenergieverbruik voor ruimte verwarming 5.6 Interne winsten 5.7 Zonnewinsten 5.4 Transmissieverliezen 5.5 Ventilatie verliezen 5.3 Netto behoefte voor koeling Systeemrendement Bruto behoefte voor koeling Opwekkingsrendement (incl. WKK) 9 Verlichting Eindenergieverbruik voor koeling 8 Hulpenergie Bevochtiging - Elektriciteit PV (EPW 12) & WKK (Bijl. A ) 10 Jaarlijks primair energieverbruik Omzettingsfactor 4 Referentiewaarde 4 E-peil

5 Energiestromen: systeemrendement Zon Niet-nuttige warmtewinsten Warmteterugwinning Q s Metabolisme Verlichting Ventilatoren Q i Q g ηq g Q V,dedic Apparatuur,... Q L Q V,in/exf Primaire energie E p,heat Eindenergie Q heat,final Q heat,gross Q heat,net Q T 5 Opwekkingsverliezen Verliezen klimatiseringssysteem Gebouwgrens

6 Algemeen: HVAC systemen in tertiaire gebouwen realiteit: enorme diversiteit aan systemen en varianten (meer dan 100 mogelijke configuraties volgens bepaalde indelingen,...) daarom is in de EPU in 1 e instantie voor een pragmatische aanpak gekozen: overgenomen uit NL: wordt daar reeds een 10-tal jaar toegepast schematische aanpak: er wordt enkel gekeken naar de belangrijkste karakteristieken van het klimatiseringssysteem direct globaal systeemrendement als resultaat ev. warmte- (of koude)opslag wordt genegeerd 6

7 Systeemrendement: Inleiding 7 - Het systeemrendement voor verwarming is de verhouding - van de warmte die nuttig afgegeven wordt in de ruimten - tot de warmte die door het opwekkingstoestel afgeleverd wordt aan het klimatiseringssysteem - Analoog voor koeling - Oorzaak van verliezen: - Energievernietiging door gelijktijdig koelen en verwarmen - Leidingverliezen tijdens het transport - Het eventueel ontbreken van een individuele temperatuursregeling in elke ruimte

8 Systeemrendement: Systeemprincipes - Het systeemrendement is afhankelijk van het type klimaatsysteem - Types klimaatsystemen: - Centrale opwekking: opdeling in acht verschillende systeemtypes (via systeemnummers) - Plaatselijke verwarming: systeemrendement = 100% - Vereiste luchtinblaastemperatuur verkregen door het mengen van een verwarmde en gekoelde luchtstroom: speciaal geval van systeemnummer 7 8

9 Systeemrendement: basisconcept warmte- en koudetoevoer Toevoerlucht (verwarmd of gekoeld) Afvoerlucht Individuele regeling per ruimte 9 Water (verwarmd of gekoeld) Radiator, convector, vloerverwarming, koelplafond, stralingsverwarming,...

10 Systeemrendement: systeemnummers Systeemnummer Warmtetransport door Koeltransport door Regeling verwarming en koeling per ruimte Water of water en lucht n.v.t. water lucht water en lucht ja nee ja ja nee ja 5 n.v.t. ja nee 6 7 lucht water lucht ja ja nee 8 water en lucht ja 10

11 Systeemrendement: Voorbeeld Afvoerlucht Verwarmde lucht in de winter, gekoelde lucht in de zomer Verwarmd water 11

12 12 Praktijkvoorbeelden-1 Systeem Gebouw met natuurlijke ventilatie - radiatorverwarming en geen koeling - ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling; verwarming door radiatoren of ventilatoreenheid Gebouw met mechanische ventilatie - geen koeling, verwarming alleen met centraal verwarmde lucht, zonder radiatoren of naverwarmers - geen koeling, verwarming alleen met radiatoren of naverwarmers - centrale koeling van ventilatielucht en verwarming door radiatoren of naverwarmers (Topkoeling, VAV-systeem) - 4-pijps-inductiesysteem of 4-pijps-ventilatoreenheden (fancoilunits) met centraal voorgekoelde/ontvochtigde lucht - koeling en verwarming met alleen centraal gekoelde/verwarmde lucht, zonder radiatoren, naverwarmers, e.d. n.v.t. = niet van toepassing Warmtetransport door water water lucht water water water en lucht lucht Koeltransport door n.v.t. water n.v.t. n.v.t. lucht water en lucht lucht

13 Praktijkvoorbeelden-2 Systeem Gebouw met mechanische ventilatie - 2-pijps-inductiesysteem, wisselend (change-over) - 2-pijps-inductiesysteem, niet-wisselend (non change-over) - Watervoerende koelplafonds in combinatie met: * alleen centraal verwarmde lucht * alleen centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht * centraal verwarmde en gekoelde/ontvochtigde lucht en radiatoren of naverwarmers Warmtetransport door water lucht lucht lucht water en lucht Koeltransport door lucht water water water en lucht water en lucht - ventilatoreenheid (fancoil-unit) of koelplafond voor koeling, verwarming door radiatoren, naverwarmer of ventilatoreenheid zonder centraal voorgekoelde/ontvochtigde luchttoevoer water water 13

14 14

15 Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor) 15

16 Hoofdstukkenoverzicht EPU 5.4 Transmissieverliezen 5.5 Ventilatie verliezen 5.6 Interne winsten 5.7 Zonnewinsten 5.2 Netto behoefte voor ruimteverwarming Systeemrendement Bruto behoefte voor ruimteverwarming Thermische zonneenergie Opwekkingsrendement (incl. WKK) Eindenergieverbruik voor ruimte verwarming 5.6 Interne winsten 5.7 Zonnewinsten 5.4 Transmissieverliezen 5.5 Ventilatie verliezen 5.3 Netto behoefte voor koeling Systeemrendement Bruto behoefte voor koeling Opwekkingsrendement (incl. WKK) 9 Verlichting Eindenergieverbruik voor koeling 8 Hulpenergie Bevochtiging - Elektriciteit PV (EPW 12) & WKK (Bijl. A ) 10 Jaarlijks primair energieverbruik Omzettingsfactor 4 Referentiewaarde 4 E-peil

17 Energiestromen: opwekkingsrendement Zon Niet-nuttige warmtewinsten Warmteterugwinning Q s Metabolisme Verlichting Ventilatoren Q i Q g ηq g Q V,dedic Apparatuur,... Q L Q V,in/exf Primaire energie E p,heat Eindenergie Q heat,final Q heat,gross Q heat,net Q T 17 Opwekkingsverliezen Verliezen klimatiseringssysteem Gebouwgrens

18 Opwekkingsverliezen 18 De ketelverliezen minimaliseren is in 1 e instantie de opdracht van de fabrikanten/installateurs: goede en volledige verbranding (ook afregeling door de installateur) kleine mantelverliezen door goede isolatie zo laag mogelijke rookgastemperatuur (o.a. materiaalbeperkingen,...) Samenvattend criterium in de EPU (zoals EPW) het labo testrendement bij 30% deellast (sinds lang bij conventie uitgedrukt t.o.v. de onderste verbrandingswaarde) productgegeven van de leverancier

19 Ketels Bij condenserende waterketels is ook het ontwerp van een afgiftesysteem op lage temperatuur belangrijk: de ontwerpretourtemperatuur is een bijkomende parameter Het eindenergieverbruik wordt uitgedrukt t.o.v. de bovenste verbrandingswaarde dit is inclusief de latente verdampingswarmte van de geproduceerde waterdamp in de rookgassen daartoe wordt intern in de software automatisch omgerekend met de verhouding van de onderste tot de bovenste verbrandingswaarde (f l/h ). 19

20 Tabel opwekkingsrendement Centrale verwarming (1/2) Warmteopwekkingstoestel η gen,heat - condenserende waterketel (1)(2) - niet-condenserende waterketel (1)(2) - warme lucht generator (1) - elektrische weerstandsverwarming (1) formule: zie grafiek op volgende slide f l/h η 30% f l/h η 30% 1.00 Invloedsfactoren: Testrendement bij 30% deellast: η 30% (productgegeven) Opstelling: toestel buiten BV (1): vermindering met 2% Ketel permanent warm (2): vermindering met 5% Bij condenserende ketels bijkomend: Testtemperatuur bij 30% deellast θ 30% (productgegeven) Ontwerpretourtemperatuur ( θ ave,boiler ) : zie volgende slide 20

21 Condenserende ketels: invloed van retourtemperatuur 10 Waarde bij ontstentenis voor Oppervlakteverwarming Waarde bij ontstentenis voor Andere Correctie op rendement (%) Ketelinlaattemperatuur bij test: 40 C Ketelinlaattemperatuur bij test: 30 C Ontwerp retourtemperatuur ( C) 21

22 Tabel opwekkingsrendement Centrale verwarming (2/2) Warmteopwekkingstoestel η gen,heat - condenserende waterketel (1)(2) - niet-condenserende waterketel (1)(2) - warme lucht generator (1) - elektrische weerstandsverwarming (1) - gebouwgebonden WKK - externe warmtelevering formule: zie grafiek op vorige slide f l/h η 30% f l/h η 30% 1.00 ε cogen,th η equiv,heat,dh ε cogen,th = thermisch omzettingsrendement van de gebouwgebonden warmtekrachtkoppeling η equiv,heat,dh = rendement voor externe warmtelevering Deze 2 aspecten zijn nog niet geïmplementeerd in v1.0 van de software. 22

23 Tabel opwekkingsrendement Plaatselijke verwarming Warmteopwekkingstoestel η gen,heat - kolenkachel - houtkachel - oliekachel - gaskachel - elektrische weerstandsverwarming f l/h 0.77 f l/h 0.77 f l/h 0.80 f l/h Invloedsfactoren: Type kachel (brandstof) 23

24 24

25 25 Uit bibliotheek

26 26

27 Overzicht - Systeemrendement - Opwekkingsrendement - Primaire energiefactor (conversiefactor) 27

28 Energiestromen: primaire energie factor Zon Niet-nuttige warmtewinsten Warmteterugwinning Q s Metabolisme Verlichting Ventilatoren Q i Q g ηq g Q V,dedic Apparatuur,... Q L Q V,in/exf Primaire energie E p,heat Eindenergie Q heat,final Q heat,gross Q heat,net Q T 28 Opwekkingsverliezen Verliezen klimatiseringssysteem Gebouwgrens

29 Conventionele omrekenfactor primaire energie Jaarlijks primair verbruik volgt uit het eindenergieverbruik door vermenigvuldiging met een conventionele conversiefactor (art. 11 van het besluit) Voor de bepaling van het E-peil gelden volgende conversiefactoren naar primaire energie (f p ): fossiele brandstoffen: f p = 1 elektriciteit: f p = 2,5 biomassa: f p = 1 NB: deze factoren zijn niet enkel voor ruimteverwarming van toepassing, maar ook voor alle andere omrekeningen van eind- naar primaire energie 29

30 30

31 Energiestromen Energiestromen (MJ/m²) PV max. kar. prim. verbruik kar. prim. verbruik verlichting bevochtiging hulpfuncties RV ventilatoren (reële of fictieve) koeling nuttige zonnewarmtewinsten nuttige int. warmtewinsten ruimteverwarming transmissieverliezen bewuste ventilatie in/exfiltratie x1/η sys x1/η opw x f p verliezen winsten netto behoefte bruto behoefte eindverbruik primair verbruik kar. prim. verbruik max. kar. prim. verbruik

32 Typisch aandeel in het totaal primair verbruik (P90a) 27% Transmissie 12% Bewuste ventilatie 7% In/exfiltratie 32

33 Module 4.3 Bijlage: Ketelrendementen Versie 2.0

34 Wettelijk kader EU Europese ketelrichtlijn 92/42/EEG van 21 mei 1992 Gewijzigd door richtlijn 93/68/EEG van 22 juli 1993 Omgezet in Belgisch recht: Koninklijk Besluit van 18 maart 1997 In werking vanaf 30 juni 1997 Eisen: Minimale rendementseisen aan ketels op de Europese markt Rendement bij vollast (100%) Rendement bij 30% deellast (nodig in kader van EPB) 34

35 Wettelijk kader: ketelrichtlijn Toepassingsgebied Waterketels 4 tot 400 kw = grootste gedeelte van de markt Vloeistof- of gasgestookt 3 categorieën van ketels worden gedefinieerd, elk met hun eigen rendementseisen Standaardketels Lage-temperatuursketels (met inbegrip van condenserende gasolieketels) Gasgestookte condenserende ketels (typisch vermogen voor een ééngezinswoning: kw) 35

36 Minimale waterzijdige rendementen bij 30% deellast Standaardketels (constante temperatuur) η30 % log P n Lage-temperatuursketels (met inbegrip van condenserende gasolieketels) η30 % log P n Gasgestookte condenserende ketels η30 % 97 + log P n P n (kw) : nominaal nuttig vermogen van de ketel 36

37 Rendementsgrenzen (condenserende ketels) Fysische grens theoretisch maximum haalbaar rendement bepaald door de verhouding van de bovenste t.o.v. de onderste verbrandingswaarde van de brandstof Bij aardgas: ongeveer 111% Bij gasolie: bijna 107% Praktische grens beste toestellen op de markt Bij aardgas: ongeveer 109% voor η 30% Bij gasolie: ongeveer 104% voor η 30% 37

38 Minimale Minmale waterzijdige rendementen van bij 30% deellast en theoretisch maximale rendementen (t.o.v. onderste verbrandingswaarde) 115 η η30% 30% % 89.9% 82.8% Theoretisch maximaal rendement van aardgasketels 2. Theoretisch maximaal rendement van gasolieketels 3. Minimaal rendement van gasgestookte condenserende ketels 4. Minimaal rendement van lage-temperatuursketels 5. Minimaal rendement voor standaardketels Log Pn P n (kw) P n : nominaal nuttig vermogen van de ketel (kw)

39 Waterketels: Ketellabels in België Gasolieketels Informazout ( Optimaz: Voor lage temperatuursketels Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn Optimaz Elite: Voor condenserende ketels Rendementseisen: idem als voor condenserende gasketels Gasketels Gasinfo ( HR + Voor standaardketels en lage temperatuursketels Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn HR Top Voor condenserende ketels Rendementseisen: voldoet minstens aan de ketelrichtlijn 39 Nota: aan de labels zijn ook nog een aantal andere kwaliteitseisen gebonden (o.a. beperking van CO- en NOx-gehalten in de rookgassen)